DE948950C - Einfluegelwindmotor mit im wesentlichen vertikaler Drehachse - Google Patents

Einfluegelwindmotor mit im wesentlichen vertikaler Drehachse

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DE948950C
DE948950C DEG13348A DEG0013348A DE948950C DE 948950 C DE948950 C DE 948950C DE G13348 A DEG13348 A DE G13348A DE G0013348 A DEG0013348 A DE G0013348A DE 948950 C DE948950 C DE 948950C
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DEG13348A
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Wilhelm Goldau
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D5/00Other wind motors
    • F03D5/005Wind motors having a single vane which axis generate a conus or like surface
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy

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Description

  • Einflügelwindmotor mit im wesentlichen vertikaler Drehachse Einflügelwindmotoren mit im wesentlichen vertikaler Achse sind bekanntgeworden. Bei solchen Anordnungen wird das obere Ende,des Drehflügels während cf,cs Umlaufes zwecks Aufnahme- der wechselnden horizontalen Luftkräfte durch eine Seilabspannung zur Erde festgehalten. Eine-Ausführungsart des Einflügelwindmotors mit geneigtem Drehflügel unter Anwendung einer Seilabspannung ist z. B. so ausgebildet, daß der. Drehflügel auf dem Kurbelzapfen einer vertikalen Kurbelwelle ruht. Das zur Einstellung des Drehflügels erforderliche Übersetzungsverhältnis von t : a wird dabei dure'h ein Steuerrad und ein damit im Eingriff befindliches Taumelrad bewerkstelligt. Hierbei erfolgt die Verstellung des Steuerrades gegenüber der Windfahne durch ein mit einem Servomotor verbundenes Schneckengetriebe, welches die Betriebs- und die Außerbetriebsstellung des Windmotors durch den Winddruck und die Windrichtung vollautomatisch regelt. Bei einer. anderen Ausführungsart des Einflügelwindmotors ruht das untere Ende des Drehflügels auf dem Gelenkteil einer vertikalen Abtriebswelle. Die Einstellung des Drehflügel, geschieht hierbei durch drei am oberen Ende des Drehflügels im Eingriff befindliche Stirnräder. In diesem. Falle wird ein mit einer Windfahne verbundenes Steuerrad, ein Zwischenrad und ein Taumelrad mit einem Übersetzungsverhältnis i : z verwandt. -Eine Seilabspannung zur Erde ist auch hierbei zur Aufnahme der wechselnden -horizontalen Luftkräfte am Drehflügel vorgesehen. Diesen Ausführungsarten haften jedoch beträchtliche Mängel an. Einmal ergeben die während des Umlaufes auftretenden Luftkräfte Schwingungen .in den Abspannseilen, zum anderen gefährden eventuelle Seilbrüche das ganze Bauwerk. Ein weiterer Nachteil ist darin zu erblicken, daß der Platzbedarf, besonders bei kleinem Neigungswinkel der Abspannseile, ein bedeutender ist. Große Neigungswinkel zur Erzielung eines geringeren Platzbedarfes sind, da sie die Vertikalbelastung vergrößern; nicht ratsam. Schließlich ist einerseits die Anwendung eines Servomotors umständlich und andererseits ein. sehr hoch liegendes Triebwerk zur Steuerung des Drehflügels schlecht zugänglich. Alle geschilderten Nachteile lassen sich durch vorliegende Erfindung eines Einflügelwindmotors ohne Abspannseile vermeiden.
  • Bei dem Einflügelwindmotor gemäß der Erfindung, welcher grundsätzlich keine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl besitzt, sollen nur solche Arbeitsnnaschinen Verwendung finden, deren Wirkungsweise von der Drehzahl unabhängig ist. Der Einflügelwindmotor isst dadurch gekennzeichnet, daß der Drehflügel mit seinem unteren Ende auf einem Längslager der ihn tragenden Flügeldrehachse drehbar gelagert ist, die ihrerseits auf einem Stützlager eines den Windmotor tragenden Bockgestelles oder Maschinenhauses axial abgestützt und gelagert ist, wobei (las untere Ende der um die Höhe der Tragkonstruktion nach unten verlängerten Flügeldrehachse mit dem Kurbelarm der tiefliegenden Kurbelwellle drehfest, jedoch axial verschieblich verbunden ist. Zur Erläuterung der Beschreibung dienen die Abb. i bis 6 der Zeichnung.
  • Abb. i stellt den Gesamtaufbau des Einflügelwindmotors dar: Abb. 2 gibt eine Draufsicht der Anlage wieder; Abb. 3 stellt einen Axialsdhnitt durch das Dreiradgetriebe dar Abb. 4. zeigt die Dreh#lügelstellungen I bis IV und die Stellung der Windfahne während des Umlaufes; Abb.5 zeigt die Stellung des Drehflügels zur Windfahne während der Ruhestellung; Abb. 6 gibt die Anordnung der . selbsttätigen Staudruckanlage zur Außerbetriebsetzung bei höchstzulässiger Windgeschwindigkeit wieder.
  • Erfindungsgemäß ruht nach Abb. i und 2 die leicht geneigte Flügeldrehachse i auf einem auf der Spitze eines Bockgestelles 2 angeordneten Stützlager 3. Die Höhe des Stützlagers über der Erde möge beispielsweise ein Drittel der Höhe des Windmotors betragen. Die Flügeldrehachse führt infolge ihrer Verbindung mit dem Kurbelarm 5 eine peildelnde' Drehung aus, und zwar so, daß der unter und über dem Stützlager4-#efindliehe Teil beim Umlauf je einen Kegel beschreibt, deren -Spitzenwinkel durch die Länge des Kurbelarmes einer im Furndament gelagerten vertikalen Kurbelwelle 4 bestimmt wird. Das untere Ende der Flügeldrehachse ist drehfest, jedoch axial verschieblich mit dem Kurbelarm 5, der Kurbelwelle verbunden. Auf dem oberen Teil der Flügeldrehachse ist nach Abb. 3 der Drehflügel 6 gelagert und auf ein an der Flügeldrehachse befestigtes Längslager 7 gestellt. Da für die Flügeldrehachse i nur ein Stützlager in Wälzlageranordnung einen geringen Reibungsverlust verbürgt, ruht sie mit einem fest angebrachten Nabenteil8 auf einer kegelförmig ausgebildeten Ringlaufbahn g eines besonderen Laufringes io, der als Oberteil eines Längslagers ii wirkt und sich auf einem Lagergehäuse i2 abstützt. Zur Kompensierung der während des Umlaufes auftretenden Fliehkräfte der Flügeldrehachse i und des Drohflügels 6 dienen Gegengewichte 13, 14 die am oberen Ende der Flügeldrehachse und auf der entgegengesetzten Seite des unteren Kurbelarmes 5 auf Haltearmen 15, 16 befestigt sind. Der Haltearm 15 des oberen Gegengewichtes ist in an und für sich bekannter Weise als Drillspindel mit Rückholfeder 17 ausgebildet und mit der Flügeldrehachse starr verbunden. Dieses Gegengewicht ist alis linsenförmige Stauscheibe gedacht und nimmt in der Ruhestellung eine vertikale Lage ein. Es wird schon bei den ersten Umläufen unter der Fliehkraftwirkung auf der Drillspindel nach außen verschoben, dabei um go° gedreht und so in eine Lage geringsten Luftwiderstandes gebracht. Die Anordnung des Gegengewichtes in vertikaler Stellung gewährleistet bei Aufkommen des Windes die Entstehung eines geringen Drehmomentes an der Flügeldrehachse bezüglich Stützlagermitte, welches genügt, den bei einem Einflügelwindmotor in rückläufiger Lage des Drehflügels bei laminarer Windströmung vorhandenen Totpunkt zu überwinden.
  • Was die Anordnung des Flügelsteuerungsgetriebes anbetrifft, so ist nach Abb.3 erfindungsgemäß ein hei derartigen Einflügelmotoren an sich bekanntes, den Windfahnenarm 18 mit Windfahne ig tragendes Steuerrad 2o mit Außenverzahnung unmittelbar um das Stützlager i2 herum so angeordnet, daß sich das Steuerrad durch die Wirkung der Windfahne stets mit der Windrichtung verstellen läßt. Das sogenannte Taumelrad 21 mit Innenverzahnung ist am unteren Ende des Drehflügels 6 befestigt und erhält die doppelte Zähnezahl wie diejenige des Steuerrades 2o. Steuerrad und Taumelrad sind miteinander durch ein Zwischenrats 22, welches profilierte Stiftzähne 23 besitzt, so verbunden, daß die Stiftzähne sich sowohl mit dem Steuerrad 2o als auch mit dem Taumelrad 21 im Eingriff ,befirnien. Das Zwischenrad lagert drehbar auf einer Exzenterscheibe 24, die an der Nal>e 8 des Stützlagers mit der Flügeldrehachse umläuft. Die Zähnezahl des Zwischenrades stellt jeweils das arithmetische Mittel -der Zähnezahl des Steuerrades und des Taunielrades dar. Das derart ausgebildete Dreiradgetriebeermöglicht nach Abb. 4 und 5 das Zustandekommen der Drehflügelstellungen I, II, 111 und IV sowie die AuBerbetriebstellung V. Letztere wird erzielt durch die Verdrehung des Steuerrades gegen die Windfahne um go°.
  • Die Wirkungsweise des Einflügelwindmotors ist folgende: Der Schwerpunkt des auf den Drehflügel von _S-förmigeln Profil wirkenden Winddruckes erzeugt beim Umlauf durch seinen Abstand von der Mittelsenkrechten des Windmotors ein Drehmoment, welches je nach Größe des Anstellungswinkels des Drehflügels von Null bis zu einem Maximum ansteigt. Dieses in der Größe wechselnde Drehmoment wird auf die Flügeldrehachse übertragen. Sollte sich der Drehflügel beim Anlauf im Punkt I befinden, so erfolgt, wie schon erwähnt, kein Anlauf. In diesem Falle kommt die vertikal gestellte Stauscheibe 13 als Startmittel zur Geltung. Bei turbulenter Strömung läuft der Einflügelwindmotor- jedoch auch ohne die Wirkung der Stauscheibe an.
  • In Abb. 6 ist die Einrichtung zur Außerbetriebsetzung dargestellt. Das Steuerrad 2o ist mit dem Windfahnenarm 18 nicht fest, sondern um 9o° verstel"lbar verbunden. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Windfahnenarm durch eine vorgespannte Rückholfeder 25, die zwischen Steuerrad und Windfahnenarm eingesetzt ist, stets die Neigung hat, den Windmotor außer Betrieb zu setzen. Dies Bestreben wird durch eine mater dem Einfluß einer Druckfeder 26 stehende Sperrklinke 27, die hinter einen Nocken 28 am Steuerrad greift, verhindert. Die Sperrklinke ist doppelarmig ausgeführt und trägt am entgegengesetzten Ende eine Stauscheibe 29. Überschreitet der Winddruck die vorgesehene Größe, so gleitet die Sperrklinke 27 am Nocken 28 vorbei, während die Rückholfeder 25 die Verstellung um 9o° zwischen Steuerrad und Windfahne bewirkt. Die Außerbetriebsetzu.ng des Einflügelwindmotors kann auf diese Weise bei höchster Drehzahl in kürzester Zeit durchgeführt werden. Das Wiedereinrücken dieser Einrichtung kann entweder von Hand aus oder bei größeren Anlagen auf hydraulischem Wege -in bekannter nicht dargestellter Weise durch ein beliebiges Druckmittel,- das auf einen Arbeitskolben geleitet wird, erreicht werden. Diese Anordnung ist dann so zu treffen, daß der Arbeitskolben die Rückholfeder 25 so stark spannt, daß sich die Sperrklinke 27 wieder hinter den Nocken 28 legt.

Claims (6)

  1. PATENTANSPROCHE: 1. Einflügelwindmotor mit im wesentlichen vertikaler Umlaufachse und einem Drehflügel von S-förmigem Profil, der auf einer Flügeldrehachse drehbar gelagert ist, die mit ihrem unteren Ende mit dem Kurbelarm einer vertikal gelagerten Kurbelwelle verbunden ist, und dessen beim Umlauf auftretende Fliehkräfte durch ein am oberen Ende der Flügeldrehachse angeordnetes Gegengewicht ausgeglichen werden, wobei die für den Betrieb erforderlichen Flügelstellungen durch die Verwendung eines mit dem unteren Ende des Drehflügels fest verbundenen innenverzahnten Taumelrades und eines durch die Windfahne entsprechend der Windrichtung einstellbaren, außenverzahnten Steuerrades ermöglicht werden, dessen Zähnezahl halb so groß ist wie die des Taumelrades, dadurch gekennzeichnet, d@aß das untere Ende des Drehflügels (6) auf einem Längslager (7; 8) der ihn tragenden Flügeldrehachse (i) drehbar gelagert ist, die ihTenseits auf einem Stützlager (1o, 11, 12) einer den Windmotor tragenden Tragkonstruktion (2) axial abgestützt und drehbar gelagert ist, wobei das untere Ende der Flügeldrehachse um die Höhe der Tragkonstruktion nach unten verlängert ist und mit dem Kurbelarm (5) einer tiefliegenden Kurbelwelle (4) drehfest, jedoch axial verschieblioh verbunden ist.
  2. 2. Einflügelwindmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das innenverzahnte Taumelrad (21) und das außenverzahnte Steuerrad (2o) durch ein an einer ausgewuchteten Führungsscheibe (24), die mit der Flügeldrehachse (i) fest verbunden ist, frei drehbar gelagertes Zwischenrad (22) miteinander im Eingriff stehen und daß die Zahnkränze der genannten Räder sich in der Höhe des Stützlagers befinden und das Stützlager umgeben.
  3. 3. Einflügelwindmotor nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das das Steuerrad (2o) und das Taumelrad (21) verbindende Zwischenrad (22) eine Stiftverzahnung besitzt, dessen Stifte (23) so profiliert sind, @daß sie sowohl mit der Innenverzahnung des Taumelrades als auch mit der Außenverzahnung des Steuerrades im Eingriff stehen können.
  4. 4: Einflügelwindmotor, -dadurch gekennzeichnet, daß das obere Gegengewicht (13) zur Kompensierung der auftretenden Fliehkräfte auf einem an der Hauptachse fest angebrachten Arm in an sich bekannter Weise verschieblich angeordnet und als Scheibe ausgebildet ist. die bei Stillstand des Windmotors sich in einer vertikale Ebene befindet und bei Anlauf unter Fliehkrafteinwirkung entgegen der Wirkung einer Rüdcholfeder um 9o° schwenkbar ist.
  5. 5. Einflügelwindmotor nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügeldrehachse (1) mittels einer an ihr befestigten kegelförmigen Ringlauffläche auf dem oberen Laufring (1o) eines Kugel- oder Rollenlagers abgestützt ist.
  6. 6. Einflügelwindmotor nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerrad (2o) gegenüber der Windfahne (i9) um 9o° verstellbar ist, wobei die Verstellung durch die Spannkraft einer Rückholfeder (25) nach Lösen einer Sperrklinke (27) erfolgt, die bei maximal zulässiger Windstärke unter der Wirkung einer Stauscheibe aus ihrer Haltevorrichtung heraush@ebbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 814 880, 800 384.
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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1056550B (de) * 1957-09-03 1959-04-30 Wilhelm Goldau Einfluegelwindkraftmaschine
DE1073978B (de) * 1960-01-21 Goldau Duis bürg Meiderich Wilhelm Stauscheibe fur Em flugelwmdkraftmaschinen
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DE800384C (de) * 1948-11-04 1950-11-02 Wilhelm Goldau Einfluegelwindmotor mit vertikaler Achse
DE814880C (de) * 1950-02-23 1951-09-27 Oskar Juergensen Windkraftmaschine

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